??? 摘? 要: 介紹了全數字" title="全數字">全數字調制解調器STEL-2176的結構,、功能及技術特點,給出了它在點對多點寬帶無線接入" title="寬帶無線接入">寬帶無線接入系統(tǒng)中的應用實例,。在該系統(tǒng)中,使用STEL-2176作為用戶站的調制解調器,采用非對稱" title="非對稱">非對稱傳輸模式,實現了16QAM信號的數字解調和QPSK信號的數字調制。?
??? 關鍵詞: 寬帶無線接入? 全數字調制解調? 非對稱傳輸
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1 非對稱傳輸?
??? 寬帶無線接入系統(tǒng)中通常采用點對多點的基站/用戶站模式,。在大多數情況下,基站到用戶站的下行數據量遠大于用戶站到基站的上行數據量,如果上下行占用同樣的資源,勢必造成浪費,。?
??? 在TDMA/FDD方式中,一種可行的傳輸模式是:上行數據采用突發(fā)數據包的方式,采用調制效率相對低的調制方式(如QPSK);下行數據采用廣播的方式,采用調制效率相對高的調制方式(如16QAM),。這種非對稱傳輸的優(yōu)點是:一方面,可以根據用戶的實際需求實現動態(tài)分配帶寬以提高頻譜利用效率;另一方面,減少了上行信號每符號傳輸的比特數,從而降低了基站突發(fā)解調算法的難度,。?
??? 能滿足以上要求的用于用戶站的調制解調器必須具備這樣的性能:既能解調高調制效率(如16QAM)的寬帶連續(xù)信號,同時又能調制相對低調制效率(如QPSK)的寬帶突發(fā)信號,。開發(fā)STEL-2176是一個很好的選擇。?
2 STEL-2176簡介?
??? STEL-2176是一款全數字調制解調芯片,兼容IEEE802.14,、MCNS和DAVIC等標準,。解調部分可直接輸入高達50MHz的中頻模擬信號" title="模擬信號">模擬信號,信號帶寬可達8MHz,可解調16/64/256 QAM的連續(xù)信號;調制部分可輸出5MHz～65MHz的連續(xù)/突發(fā)信號,調制方式可以是BPSK/QPSK/16QAM,速率最高可達40Mbps(16QAM)。?
3 STEL-2176內部結構?
3.1解調部分?
??? 圖1為STEL-2176解調部分的內部結構,主要由ADC(模數轉換)模塊,、DDC(數字下變頻)/AFC(自動頻率控制)/AGC(自動增益控制)模塊、濾波與時鐘恢復模塊,、自適應均衡,、FEC(前向糾錯編碼)模塊和時鐘模塊" title="時鐘模塊">時鐘模塊等組成。
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??? ·ADC模塊?
??? 模數轉換模塊接收輸入STEL-2176的中心頻率為最高可達50MHz的中頻模擬信號,經過帶通抽樣后得到中心頻率為6MHz～7MHz的亞中頻數字信號,。?
??? ·DDC/AFC/AGC模塊?
??? AFC對信號載波進行粗估,再由后端的自適應均衡器反饋回來的載波誤差信號細調載波本振頻率,以得到相關的載波,。DDC接收6MHz～7MHz亞中頻數字信號,通過相關的載波解調出I、Q兩路基帶信號,。同時輸出AGC控制信號,用來控制片外的中頻,、射頻模擬信號的信號強度,。?
??? ·濾波與時鐘恢復模塊?
??? I、Q兩路基帶信號經alpha=0.12～0.20的SRRC(均方根升余弦)濾波器消除碼間干擾,再從信號中恢復符號速率,誤差小于100PPM,。?
??? ·自適應均衡?
??? 自適應均衡除了能消除信道的各種干擾(多徑效應,、調幅性干擾、調頻性干擾,、相位噪聲等),還反饋載波誤差信號,以細調載波的相差和小的頻差,。?
??? ·FEC模塊?
??? 前向糾錯編碼模塊接收解調出的I、Q兩路信號,進行星座點映射,恢復數據,再對應于調制端解出幀結構,依次進行解交織,、信道解碼(RS碼),、解擾,以串行或并行方式輸出原始信號,可以輸出MPEG-2結構的信號。?
??? ·時鐘模塊?
??? 時鐘模塊由采樣鐘和恢復出的符號鐘產生解調部分所需的各種時鐘信號,。?
3.2 調制部分?
??? 圖2為STEL-2176調制部分的內部結構,主要由數據接收及信道編碼模塊,、星座點映射模塊、FIR濾波器及內插濾波器,、調制模塊,、DAC(數模轉換)模塊、時鐘模塊等組成,。?
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??? ·數據接收及信道編碼模塊?
??? 接收串行輸入的原始數據,進行信道編碼(RS碼),包括交織和加擾,這些處理都是可選的,。?
??? ·星座點映射模塊?
??? 將串行比特流映射到指定星座圖的星座點上,分I、Q兩路輸出,。?
??? ·FIR濾波器及內插濾波器?
??? I,、Q兩路信號分別通過成形濾波器(32級的FIR濾波器)濾波后,輸出到內插濾波器。內插濾波器大大提高了信號的采樣頻率,以滿足大于2倍的載波信號的要求,與正交調制所需的速率相匹配,。?
??? ·調制模塊?
??? 調制模塊由DDS(直接數字合成器)和乘法器構成的正交調制器,。I、Q兩路信號分別與DDS產生的SIN和COS載波信號相乘,合成后輸出,。?
??? ·數模轉換模塊?
??? 最后將數字信號轉換為中頻模擬調制信號輸出,這時的信號帶有相對于主鐘頻率的鏡像信號,即輸出的模擬信號需要片外濾波,。?
??? ·時鐘模塊?
??? 時鐘模塊與外部時鐘同步并產生調制部分所需的各種時鐘信號。?
3.3 監(jiān)控部分?
??? 通過STEL_2176的監(jiān)控模塊串行或并行地接收外部的配置命令,發(fā)送狀態(tài)信息,。對STEL_2176的監(jiān)控通過訪問其內部寄存器實現,。?
4 STEL-2176技術特點?
??? STEL-2176運用了全數字調制解調技術,與傳統(tǒng)的調制解調器相比,在系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及傳輸速率,、載波速率和調制模式的靈活性上占有優(yōu)勢,。?
4.1 高集成度、低功耗的芯片技術?
??? STEL-2176使用0.35μm線寬的CMOS芯片技術,集成度高,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;工作電壓為較低的+3.3V,大大降低了芯片功耗,而在接口處靈活地提供了可選的I/O電壓(+5V/+3.3V),。?
4.2 寬帶ADC/DAC?
??? 這是全數字調制解調技術的標志性技術,盡可能在信號通道的前端將模擬信號轉換為數字信號,以充分發(fā)揮數字信號處理技術的作用,。?
??? STEL-2176采用了10bit的ADC和DAC,能處理近10 MHz帶寬的模擬信號。因為采用帶通采樣技術,模擬信號中心頻率可達幾十兆赫。?
4.3 使用了DDS技術和多速率信號處理算法?
??? 全數字調制解調器一般使用DDS技術和多速率信號處理算法,使系統(tǒng)在單一的參考時鐘下,可以得到幾乎連續(xù)的各種頻率的時鐘信號,。因為參考源相同,這些時鐘都是頻率相關的,。利用這些時鐘信號,可以得到不同的載波頻率、比特速率和控制信號,。另外,傳輸信號在數字基帶處理時,運用抽取和內插等多速率信號處理算法實現了信號速率在不同數字處理器間的匹配,。這樣可以實現傳輸信號的多速率和調制信號的多模式。?
??? 在STEL-2176的應用中充分體現出這種靈活性的優(yōu)勢,。?
4.4 數字解調算法?
??? 對一個通信系統(tǒng)的接收部分而言,最重要的就是同步,因此載波和定時的恢復是必要的,。數字解調算法的核心就是載波和定時的恢復,這也是全數字調制解調器設計的關鍵問題。?
??? STEL-2176先恢復定時,在定時的基礎上,用完全的反饋結構進行載波恢復:先利用NDA(非數據輔助)算法對較大的頻差做粗略估計,估計的誤差饋入AFC(自動頻率控制)使本振跟蹤較大的頻差,然后利用DD(數據導向)算法估計相差及小頻差,饋入PLL(鎖相環(huán))控制本振,跟蹤已調信號載波殘留相差,。?
??? STEL-2176數字解調算法的特點是不需要一段已知的信息碼元——前導碼,但運算量大,恢復同步的時間較長,只能用于連續(xù)解調器,。?
5 STEL-2176在寬帶無線接入系統(tǒng)中的應用舉例?
??? 圖3示出了點對多點寬帶無線接入系統(tǒng)中用戶站調制解調器的原理框圖。微處理器AT89C51完成對系統(tǒng)的監(jiān)控以及配置工作,包括對STEL-2176的工作參數的配置和FPGA初始參數的裝載,。FPGA完成與MAC層的交互,。?
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??? 接收端STEL-2176設置為輸入44MHz的中頻模擬信號,信息速率為9.92MHz,解調方式為16QAM。中頻信號經過帶通濾波器,、AGC之后輸入STEL-2176,STEL-2176輸出的數據,、解調時鐘輸入FPGA進行基帶處理。?
??? 發(fā)射端STEL-2176設置為輸出44MHz的中頻模擬信號,信息速率為5.12MHz,調制方式為突發(fā)的QPSK,。FPGA進行基帶處理,產生突發(fā)數據包,輸出到STEL-2176,并控制STEL-2176輸出信號,中頻模擬信號再經濾波放大后輸出到ODU(室外單元)設備,。?
??? 系統(tǒng)另外采用STEL-1109作為基站下行調制器,完成16QAM的連續(xù)調制;采用STEL-9257作為基站上行解調器,完成QPSK的突發(fā)解調,形成一套完整的非對稱傳輸的點對多點寬帶無線接入系統(tǒng),已證明系統(tǒng)方案可行。?
??? 系統(tǒng)應用STEL-2176以及FPGA等一系列器件,大大簡化了系統(tǒng)硬件,提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,。另外,由于STEL-2176的頻譜利用效率較高,配置靈活,在點對多點的寬帶無線接入系統(tǒng)中使用STEL-2176作為用戶站的調制解調器顯得十分方便,、有效。?
參考文獻?
1 姚彥,梅順良. 數字微波中繼通信工程. 北京:人民郵電出版社,1990?
2 宗孔德. 多抽樣率信號處理. 北京:清華大學出版社,1996?
3 Intel Corporation. STEL-2176 User＇s Manual. 1999?